Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
658
ROZDZIAŁ14
ZWIĄZKIAROMATYCZNE
14.7REGUŁAHÜCKLA.REGUŁA4n+2ELEKTRONÓWπ
W1931niemieckifizykErichHückelwykonałserięobliczeńmatematycznych,bazując
napewnejteorii,którąsamwłaśniestworzył.RegułaHückladotyczyzwiązkówzawiera-
jącychjedenpłaskipierścień,wktórymkażdyatommaorbitalptak,jakmatomiejsce
wcząsteczcebenzenu.Jegoobliczeniapokazały,żepłaskipierścieńzawierających4n+2
elektronówπ,gdzien=0,1,2,3,itd.(tj.pierścieńzawierający2,6,10,14itd.elek-
tronówπ),mapodobniejakbenzenzamkniętąpowłokęzdelokalizowanychelektronów
ipowinienmiećznaczącąenergięrezonansową.
•InnymisłowyregułaHücklamówi,żepłaskipierścieńo2,6,10,14,…,zdeloka-
lizowanychelektronachπpowinienbyćaromatyczny.
14.7AJakstworzyćdiagramwzględnychenergiiorbitali
molekularnychπwukładziejednopierścieniowymwoparciu
oregułęHückla
WSKAZÓWKA
Diagramywykorzystujące
metodęokręgu
opisanegonawielokącie
foremnym(metodę
wielokątaiokręgu)
określasięczasami
jakodiagramyFrosta
lubokręgiFrosta.
Istniejeprostametodatworzeniadiagramupokazującegowzględneenergieorbitaliwjed-
nopierścieniowymukładziesprzężonymwoparciuoobliczeniaHückla.Wtymcelumusimy
zastosowaćnastępującąprocedurę.
1.Zaczynamyodnarysowaniawielokątaforemnegoodpowiadającegoliczbieatomów
węglawpierścieniu,umieszczającjedenznarożnikówwielokątanasamymdole.
2.Następnieopisujemynawielokącieokrągdotykającykażdynarożnikwielokąta.
3.Wpunktach,wktórychwielokątstykasięzokręgiemrysujemykrótkąpoziomąlinię
nazewnątrzokręgu.Poziomkażdejliniiodpowiadawzględnejenergiidanegoorbitalu
molekularnegoπ.
4.Następnierysujemyprzerywanąpoziomąlinięprzechodzącąprzezśrodekokręgu.
Energiewiążącychorbitalimolekularnychπsąułożoneponiżejtejlinii.Energieanty-
wiążącychorbitalimolekularnychπsąpowyżej,ateniewiążącychorbitalisąnapoziomie
przerywanejlinii.
5.Znającliczbęelektronówwpierścieniu,umieszczamystrzałkiprzedstawiająceelek-
tronynaliniachodpowiadającychposzczególnymorbitalom,zaczynającodnajniższego
poziomuenergetycznegoizapewniająckolejnowyższeenergetycznieorbitale.Wprzy-
padkuzdegenerowanychorbitalinajpierwumieszczamynanichpojednymelektronie,
adopieropóźniej,jeżelimamyelektrony,uzupełniamyelektronemoprzeciwnymspinie.
Stosująctęmetodędocząsteczkibenzenu(rys.14.6)otrzymujemytesamepoziomyener-
getyczne,którewidzieliśmywcześniejnarysunku14.4,tj.poziomyenergetyczne,które
obliczonometodamikwantowo-mechanicznymi.
RYS.14.6MetodaFrosta(wielokąta
iokręgu)dookreślaniawzględnych
energiiorbitalimolekularnych
πbenzenu.Poziomalinia
przechodzącaprzezśrodekokręgu
oddzielaorbitalewiążąceodorbitali
antywiążących.Jeżeliorbitalznajduje
sięnatejprzerywanejlinii,tojestto
orbitalniewiążący.Tametodazostała
rozwiniętaprzezC.A.Coulsona
(OxfordUniversity)
Antywiążąceorbitaleπ
Wiążąceorbitaleπ
Wielokątopisany
okręgiem
Poziomy
energetyczneorbitali
molekularnych
Rodzajorbitali
Towyjaśnia,dlaczegocyklooktatetraenniejestaromatyczny.Cyklooktatetraenma
wsumie8elektronówπ.OsiemniejestliczbąHückla;tojest4n,anie4n+2.Napodsta-
wiediagramuFrosta(rys.14.7)możemywywnioskować,żecyklooktatetraen,gdybybył
płaski,towprzeciwieństwiedobenzenu,niemiałbyzamkniętejpowłokielektronówπ;
miałbypojednymniesparowanymelektronienakażdymzdwóchorbitaliniewiążących.
Cząsteczkioniesparowanychelektronach(rodniki)niesąnaogółtrwałe;zazwyczajsą
bardzoreaktywneiniestabilne.Płaskastrukturacyklooktatetraenuniepowinnaprzypo-
minaćwnajmniejszymstopniubenzenuiniepowinnabyćaromatyczna.
